Prášek hliníku niklu

Přehled práškového oxidu hlinitého niklu

Prášek oxidu hlinitého niklu je intermetalická sloučenina složená z atomů niklu (Ni) a hliníku (Al) v přibližném poměru 1:1. Vyznačuje se vysokou pevností a tvrdostí, vynikající odolností proti korozi a oxidaci při vysokých teplotách, nízkou hustotou a dobrou odolností proti opotřebení.

Prášky oxidu hlinitého niklu se vyrábějí plynovou nebo vodní atomizací předlegovaných ingotů obsahujících 35-65% niklu a vyvážený hliník. Prášky mají sférickou morfologii s hladkým povrchem a kontrolovanou distribucí velikosti částic.

Klíčové vlastnosti a aplikace práškového oxidu hlinitého:

Složení:

• Nikl: 35-65%
• Hliník: rovnováha

Vlastnosti:

• Vysoká pevnost a tvrdost při pokojových i zvýšených teplotách
• Nízká hustota (5,3 - 6,2 g/cc)
• Dobrá odolnost proti korozi
• Vynikající odolnost proti oxidaci až do ~1000 °C
• Dobrá tepelná vodivost a odolnost proti tepelným šokům
• Nízký koeficient tepelné roztažnosti

Aplikace:

• Prášková metalurgie - spékané součásti
• Tepelně stříkané povlaky
• Aditivní výroba

Formy výrobku: Plynem rozprašovaný sférický prášek

Velikost částic: 10 - 150 mikronů

standardy: ASTM B951, UNS N07041, další specifikace na zakázku

Typy práškového oxidu hlinitého niklu

Intermetalické sloučeniny hliníku a niklu existují v několika fázích s různým poměrem niklu a hliníku a různou krystalovou strukturou. Mezi běžné typy patří:

Typ	Složení	Krystalická struktura	Klíčové vlastnosti
NiAl (stechiometrický)	Nikl 50%, hliník 50%	B2 - Cubic	Nejvyšší pevnost a tažnost, dobrá odolnost proti oxidaci až do 1000 °C
Ni3Al (bohatý na nikl)	Nikl 75%, hliník 25%	L12 - Cubic	Vysoká tvrdost a křehkost, nižší odolnost proti oxidaci
NiAl3 (bohatý na hliník)	Nikl 25%, hliník 75%	DO22 - Orthorombický	Nejnižší pevnost a tvrdost, špatná odolnost proti oxidaci

Plynově atomizované předlegované prášky oxidu hlinitého niklu mají obvykle téměř stejný poměr Ni:Al, aby se v hotové součásti vytvořila fáze NiAl B2. Odchylky od složení 1:1 vytvářejí po spékání/konsolidaci smíšené mikrostruktury NiAl + Ni3Al nebo NiAl + NiAl3.

Výrobní proces

Prášky oxidu hlinitého niklu se vyrábějí atomizací indukčně roztavených Ni-Al ingotů obsahujících 35-65 hm% Ni v inertním plynu. Proces zahrnuje:

1. Tavení - Ni a Al se indukčně taví v inertní/vakuové atmosféře.
2. Atomizace - Vysokotlaký inertní plyn (N2, Ar) rozkládá proud taveniny na jemné kapičky.
3. Tuhnutí - Kapky rychle tuhnou na kulovité částice prášku.
4. Sběr - atomizovaný prášek shromážděný v komoře a klasifikovaný podle velikosti částic

Klíčové parametry procesu:

• Kontrola složení hlavní slitiny je kritická
• Indukční tavení v inertní atmosféře, aby se minimalizovalo zachycení kyslíku a dusíku.
• Tlak a průtok atomizačního plynu ovlivňuje distribuci velikosti částic
• Rychlá rychlost tuhnutí vytváří jemnozrnnou mikrostrukturu

Vlastnosti prášek oxidu hlinitého niklu

Prášky a konsolidované součásti oxidu nikelnatého vykazují řadu jedinečných vlastností, díky nimž jsou vhodné pro vysoce výkonné aplikace:

Vlastnictví	Prášek NiAl	Slinutý NiAl
Hustota (g/cc)	5.3 – 6.2	5.8 – 6.5
Bod tání (°C)	1638	1638
Pevnost (MPa)	200 – 350	500 – 1100
Tvrdost (HV)	300 – 500	500 – 800
Youngův modul (GPa)	180 – 220	160 – 200
Pevnost v tlaku (MPa)	500 – 1500	1000 – 2500
Koeficient tepelné roztažnosti (10-6/K)	11 – 13	11 – 14
Tepelná vodivost (W/m-K)	20 – 35	15 – 30
Elektrický odpor (μΩ-cm)	125 – 160	60 – 100
Odolnost proti oxidaci	Vynikající do 1000 °C	Vynikající do 1000 °C
Odolnost proti korozi	Velmi dobře	Velmi dobře

Díky vynikajícímu poměru pevnosti a hustoty a vysokým teplotám jsou tyto materiály atraktivní alternativou ke konvenčním superslitinám niklu a kobaltu pro použití v letectví, automobilovém průmyslu, vesmíru a energetice.

Použití práškového oxidu hlinitého niklu

Jedinečné schopnosti práškových oxidů hliníku niklu vedou k rozmanitým aplikacím v různých průmyslových odvětvích:

Prášková metalurgie

• Konstrukční prvky pro letecký a automobilový průmysl
• Turbínových lopatek, kotoučů, hřídelí, skříní
• Senzory pro extrémní prostředí

Tepelné nástřiky

• Ochranné nátěry lopatek turbín a lopatek
• Vložky spalovací komory
• Odolnost proti oxidaci/korozi při vysokých teplotách

Aditivní výroba

• Složité geometrie neproveditelné odléváním
• Zkrácení dodacích lhůt a nákladů oproti obrábění
• Součásti pro letecké motory a draky letadel

Další aplikace

• Spojovací pomůcky, náramky
• Elektronické obaly
• Katalyzátory

Některé výhody oproti konkurenčním materiálům:

Vs superslitiny	Vs titanové slitiny	Vs nerezové oceli
Vyšší poměr pevnosti a hmotnosti	Lepší pevnost při vysokých teplotách a odolnost proti tečení	Vynikající odolnost proti oxidaci a korozi při vysokých teplotách
Vynikající odolnost proti oxidaci	Nižší hustota	Vyšší pevnost a tvrdost
Nižší náklady na komponenty	Vyšší limity provozní teploty	Vyšší pracovní teploty

Hliník niklu překonává tyto konvenční slitiny v nejnáročnějších prostředích v kritických technických aplikacích.

Specifikace práškového oxidu hlinitého niklu

Plynem atomizované prášky oxidu hlinitého niklu jsou k dispozici v různých standardních a zakázkových specifikacích přizpůsobených požadavkům konečného použití:

Složení

Slitina	Ni	Al	Ostatní prvky
NiAl	50%	50%	–
Ni-40Al	60%	40%	–
Ni-45Al	55%	45%	–
Ni-35Al-20Cr	35%	35%	20% Cr

Distribuce velikosti částic

Rozsah velikostí	Typická použití
<20 μm	aditivní výroba, tepelný nástřik
20-63 μm	vstřikování kovů, stříkání
63-150 μm	obecná prášková metalurgie

Standardy specifikace velikosti

• ASTM B214: Standardní klasifikační systém a analýza velikosti
• DIN 51902: Vzduchová analýza sítem
• ISO 13318-1: Laserová difrakční analýza velikosti částic

Chemické požadavky

• ASTM B951: Základní specifikace pro intermetalické prášky NiAl
• Další chemické požadavky specifické pro danou aplikaci

Specifikace stavu

• ASC PS7: Plynem rozprašované sférické prášky
• Další přizpůsobené podmínky, jako je rozprašování inertního plynu, vysoká čistota atd.

Dodavatelé a ceny práškového oxidu hlinitého niklu

Mezi přední světové dodavatele práškového oxidu hlinitého patří:

Výrobce	Názvy značek	Výrobní kapacita
Sandvik	Osprey®, Nypcor®	Střední
Tesařská technologie	CarTech®	Malé
Hoganas	Hoganas NiAl	Střední
Praxair	–	Malé
Atlantik vybavení inženýrů	Ferro-Term, Pulvimet	Malé

Stanovení cen

• Cena za kg se pohybuje od $50 do $300 v závislosti na slitině, velikosti prášku a kvalitě.
• Malé šarže do 50 kg jsou mnohem dražší (~2-5x) než volně ložené objemy.
• Snížené ceny pro dlouhodobé smlouvy o dodávkách
• Ekonomické ceny pro vývojové stupně nižší čistoty

Zakázková výroba

• Několik smluvních výrobců poskytuje služby atomizace na zakázku
• MOQ přibližně 500-1000 kg
• Dodací lhůty obvykle 12-16 týdnů

Průvodce nákupem

Klíčová hlediska při výběru dodavatele práškového oxidu hlinitého:

Technické faktory

• Složení slitiny vhodné pro aplikaci
• Tvar částic a rozdělení podle velikosti
• Chemická čistota a mikrostruktura
• Konzistence mezi jednotlivými pozemky
• Certifikace kvality

Komerční faktory

• Ceny za specifikace prášku
• Minimální objednací množství
• Doba realizace objednávek
• Dlouhodobé smlouvy o dodávkách
• Proces řízení změn

Schopnosti dodavatele

• Zkušenosti a pověst v oboru
• Technické znalosti a zákaznický servis
• Výrobní kapacita a škálovatelnost
• Služby přizpůsobení
• Řízení zásob a nárazníkové zásoby

Při získávání prášků oxidu hlinitého niklu pro kritické programy musí kupující vyhodnocovat jak kvalitu výrobku, tak obchodní faktory.

prášek oxidu hlinitého niklu Výhody vs. nevýhody

Výhody

• Vysoký poměr pevnosti a hmotnosti
• Vynikající vysokoteplotní vlastnosti
• Dobrá odolnost proti vlivům prostředí
• Vyrobitelnost v téměř síťovém tvaru
• Příznivá struktura nákladů

Nevýhody

• Nižší tažnost/houževnatost při pokojové teplotě
• Náchylnost ke křehnutí vlivem prostředí
• Komplexní tepelně-mechanické zpracování
• Kontrola stechiometrie náročná
• Omezený počet dodavatelů a vysoké MOQ

Pro aplikace při extrémních teplotách vyvažují schopnosti oxidu hlinitého niklu zvýšenou složitost zpracování a náklady.

Nejčastější dotazy

Otázka: Jaký je chemický vzorec oxidu hlinitého niklu?

Odpověď: Stochiometrická intermetalická sloučenina má chemický vzorec NiAl. Existují i další fáze bohaté na nikl a hliník se vzorci jako Ni3Al a NiAl3.

Otázka: Je oxid hlinitý niklu feromagnetický?

Odpověď: Ne, na rozdíl od čistého kovového niklu má hliník niklu ve své rovnovážné mikrostruktuře zanedbatelný feromagnetismus. Některé nerovnovážné fáze vzniklé během zpracování však mohou vykazovat dočasný feromagnetismus.

Otázka: Jaká je teplota tání oxidu hlinitého niklu?

A: 1638 °C je teplota tání rovnovážné fáze NiAl. Teplota tání se snižuje při odchylkách od tohoto složení bohatých na nikl a hliník.

Otázka: Jaká jsou běžná použití oxidu hlinitého?

A: Hlavní využití je v konstrukčních dílech práškové metalurgie, součástech aditivní výroby, tepelně stříkaných povlacích, katalyzátorech a elektronických obalech. Aplikace využívají vynikající mechanické vlastnosti a odolnost proti vlivům prostředí při vysokých teplotách až do 1000 °C.

Otázka: V jakých průmyslových odvětvích se používají slitiny hliníku niklu?

Odpověď: Letecký průmysl je největším odběratelem součástek pro letadla a raketové motory. Dalšími významnými průmyslovými odvětvími jsou výroba energie, automobilový a závodní průmysl, chemické zpracování a těžba ropy a zemního plynu.

Otázka: Jak se vyrábí práškový oxid hlinitý?

Odpověď: Plynová atomizace je konvenční proces, při kterém se proud roztavené slitiny NiAl rozkládá vysokotlakými proudy inertního plynu na jemné sférické částice prášku, které rychle tuhnou. V menším měřítku se používá také vodní atomizace.

Otázka: Proč se oxid hlinitý niklu nepoužívá ve větší míře?

O: Problémy spojené s vývojem komplexního termomechanického zpracování pro dosažení odpovídající tažnosti/houževnatosti a kontrolou přesné stechiometrie omezují širší využití v konstrukci. Náklady jsou také vyšší než u konkurenčních slitin.

Otázka: Jaký je rozdíl mezi niklem a hlinitanem nikelnatým?

Odpověď: Čistý nikl je kov, zatímco hliník niklu je intermetalická sloučenina. Nikl je tvrdší, ale při vysokých teplotách slabší. Hliník niklu má vynikající pevnost při zvýšených teplotách, tvrdost a odolnost vůči vlivům prostředí.

Závěr

Díky atraktivnímu poměru mezi vysokou teplotou a hmotností umožňuje hliník niklu vyrábět lehčí a výkonnější součásti pro náročné aplikace v leteckém a automobilovém průmyslu, energetice a průmyslu.

Ačkoli je výroba nákladnější a náročnější než u tradičních slitin, pokračující výzkum a vývoj rozšiřuje provozní možnosti hliníku niklu a umožňuje inženýrům posouvat hranice v motorech, dracích letadel, pohonných jednotkách a procesech nové generace.

znát více procesů 3D tisku